ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THANH THÁI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 2,4-D VÀ 2,4,5-T TRONG MẪU ĐẤT SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THANH THÁI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH 2,4-D VÀ 2,4,5-T TRONG MẪU ĐẤT SÂN BAY BIÊN HÒA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẮC KÍ LỎNG HIỆU NĂNG CAO Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS NGUYỄN XUÂN TRUNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời cho gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Xuân Trung giao đề tài, tận tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực đề tài viết luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lâm Vĩnh Ánh, ThS Hoàng Kim Huế giúp đỡ, hỗ trợ trình hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô giáo giảng dạy khoa Hoá, đặc biệt thầy cô môn Hoá Phân tích, cho kiến thức quý giá trình học tập thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn anh chị, đồng nghiệp làm việc viện Hóa học- Môi trường Quân chia sẻ khó khăn suốt trình học tập thực đề tài Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè động viên, chia sẻ khó khăn Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2015 Học viên Hoàng Thanh Thái MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN 10 1.1 Sự ô nhiễm chất da cam đất sân bay Biên Hòa 10 1.2 Tổng quan chất diệt cỏ 2,4-D 2,4,5-TError! defined Bookmark not 1.2.1 Tính chất 2,4-D 2,4,5-T Error! Bookmark not defined 1.2.2 Ảnh hưởng 2,4-D 2,4,5-T đến môi trường người Error! Bookmark not defined 1.3 Một số phƣơng pháp đƣợc sử dụng để phân tích 2,4-D 2,4,5-T Error! Bookmark not defined 1.4 Một số phƣơng pháp xử lý mẫu đất thƣờng đƣợc sử dụng để phân tích chất da cam Error! Bookmark not defined CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu nghiên cứu nội dung nghiên cứuError! Bookmark not defined 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Thiết bị, hóa chất dụng cụ dùng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.3.2 Máy móc thiết bị dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.3.3 Pha chế dung dịch chuẩn Error! Bookmark not defined 2.4 Các bƣớc tiến hành thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.4.1 Tối ưu hóa thiết bị phân tích Error! Bookmark not defined 2.4.2 Khảo sát trình làm mẫu Error! Bookmark not defined 2.4.3 Xác nhận giá trị sử dụng phương pháp phân tíchError! Bookmark not defined 2.4.4 Tính toán kết phân tích Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined 3.1 Tối ƣu hóa điều kiện thiết bị HPLC Error! Bookmark not defined 3.1.1 Chọn bước sóng Error! Bookmark not defined 3.1.2 Chọn thể tích vòng mẫu Error! Bookmark not defined 3.1.3 Khảo sát tỷ lệ thành phần pha động Error! Bookmark not defined 3.1.4 Khảo sát nhiệt độ cột tách Error! Bookmark not defined 3.1.5 Khảo sát tốc độ pha động Error! Bookmark not defined 3.2 Đánh giá phƣơng pháp phân tích Error! Bookmark not defined 3.2.1 Độ lặp lại thiết bị phân tích Error! Bookmark not defined 3.2.3 Giới hạn định lượng thiết bị phân tích (LOQ)Error! not defined Bookmark 3.2.4 Xây dựng đường chuẩn Error! Bookmark not defined 3.2.5 Độ xác thiết bị phân tích Error! Bookmark not defined 3.3 Tối ƣu hóa trình làm mẫu Error! Bookmark not defined 3.3.1 Chuẩn bị cột silicagen đơn lớp Error! Bookmark not defined 3.3.2 Làm dịch chiết Error! Bookmark not defined 3.4 Áp dụng phân tích mẫu đất thật Error! Bookmark not defined 3.4.1 Quy trình phân tích mẫu thật Error! Bookmark not defined 3.4.2 Tính toán giới hạn phát (MDL) giới hạn định lượng (LOQ) phương pháp phân tích Error! Bookmark not defined 3.4.3 Khảo sát độ thu hồi phương pháp phân tích cấp hàm lượng khác Error! Bookmark not defined 3.4.4 Kết phân tích mẫu đất sân bay Biên HòaError! defined 3.4.5 Tổng hợp kết phân tích mẫu thực tếError! defined Bookmark Bookmark not not KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh Kí hiệu viết tắt Axêtôn nitrin Acetonitril ACN Metanon Metanol MeOH Giới hạn phát Limit of detection LOD Giới hạn định lượng Limit of quantity LOQ Hệ số biến thiên Coeficient variation CV Sắc kí lỏng hiệu cao High performance liquid chromatography HPLC Đi ốt mảng Diode array DAD Sắc kí khí Gas chromatography GC Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN Cơ quan Bảo vệ môi sinh United States Hoa Kỳ environmental protection EPA agency Dichlorophenoxyacetic acid Trichlorophenoxyaxetic acid 2,4-D 2,4,5-T DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hưởng thành phần pha động đến thời gian lưu, diện tích píc độ phân giải Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ cột đến thời gian lưu diện tích píc Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Ảnh hưởng tốc độ pha động tới thời gian lưu, diện tích píc độ phân giải Error! Bookmark not defined Bảng 3.4 Độ lặp lại phép đo hỗn hợp chuẩn nồng độ 10 µg/ml Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Độ lặp lại phép đo hỗn hợp chuẩn nồng độ 100 µg/ml Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Khảo sát tìm giới hạn phát thiết bịError! Bookmark not defined Bảng 3.7 Sự phụ thuộc diện tích píc vào nồng độ khoảng từ µg/ml đến 20 µg/ml Error! Bookmark not defined Bảng 3.8 Sự phụ thuộc diện tích píc vào nồng độ khoảng từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml Error! Bookmark not defined Bảng 3.9 Độ phép đo nồng độ khác nhauError! Bookmark not defined Bảng 3.10 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi rửa giải MeOH/Axeton Error! Bookmark not defined Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỉ lệ dung môi rửa giải MeOH/H2OError! Bookmark not defined Bảng 3.12 Khảo sát độ lặp lại trình rửa giải chất phân tích qua cột Error! Bookmark not defined Bảng 3.13 Tính toán MDL, LOQ 2,4-D Error! Bookmark not defined Bảng 3.14 Tính toán MDL, LOQ 2,4,5-T Error! Bookmark not defined Bảng 3.15 Kết khảo sát độ thu hồi cấp hàm lượng khác Error! Bookmark not defined Bảng 3.16 Bảng vị trí địa điểm lấy mẫu Error! Bookmark not defined Bảng 3.17 Kết phân tích mẫu Đ05 mẫu thêm chuẩn máy Error! Bookmark not defined Bảng 3.18 Kết phân tích mẫu Đ05 thực tế Error! Bookmark not defined Bảng 3.19 Kết phân tích mẫu Đ04 mẫu thêm chuẩn máy Error! Bookmark not defined Bảng 3.20 Kết phân tích mẫu Đ04 thực tế Error! Bookmark not defined Bảng 3.21 Kết phân tích mẫu Đ03 mẫu thêm chuẩn máy Error! Bookmark not defined Bảng 3.22 Kết phân tích mẫu Đ02 mẫu thêm chuẩn máy Error! Bookmark not defined Bảng 3.23 Kết phân tích mẫu Đ02 thực tế Error! Bookmark not defined Bảng 3.24 Kết phân tích mẫu Đ01 mẫu thêm chuẩn máy Error! Bookmark not defined Bảng 3.25 Kết phân tích mẫu Đ01 thực tế Error! Bookmark not defined Bảng 3.26 Tổng hợp kết phân tích mẫu Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vị trí khu vực khảo sát sân bay Biên Hòa Error! Bookmark not defined Hình 1.2.Cấu trúc 2,4-D Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Công thức cấu tạo 2,4,5-T Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống HPLC Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Phổ UV 2,4-D Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Phổ UV 2,4,5-T Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Phổ UV 2,4-D 2,4,5-T Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T tỉ lệ pha động 70:30 Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T nhiệt độ cột tách 40oC Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Sắc đồ 2,4-D; 2,4,5-T tỉ lệ pha động tốc độ pha động ml/phút Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Đường chuẩn 2,4-D khoảng nồng độ từ µg/ml đến 20 µg/ml Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Đường chuẩn 2,4,5-T khoảng nồng độ từ µg/ml đến 20 µg/ml Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Đường chuẩn 2,4-D khoảng nồng độ từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Đường chuẩn 2,4,5-T khoảng nồng độ từ 20 µg/ml đến 100 µg/ml Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Sắc đồ phân tích mẫu rửa giải hệ dung môi MeOH/H2O tỷ lệ 7:3 Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý mẫu Error! Bookmark not defined Hình3.13 Sắc đồ phân tích mẫu Đ05 pha loãng 10 lầnError! Bookmark not defined Hình 3.14 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ04 pha loãng 10 lầnError! Bookmark not defined Hình 3.15 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ03 pha loãng lầnError! Bookmark not defined Hình 3.16 Sắc đồ phân tích mẫu đât Đ02 Error! Bookmark not defined Hình.3.17 Sắc đồ phân tích mẫu đất Đ01 Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Trong chiến tranh xâm lược Việt Nam, Quân đội Mỹ tiến hành chiến tranh hóa học kéo dài từ năm 1961 đến năm 1971 sử dụng khoảng 76,5 triệu lít chất diệt cỏ phun rải xuống miền Nam Việt Nam phương tiện vận tải quân với mục đích phát quang, phá hoại mùa màng, công phòng vệ Các chất diệt cỏ tồn lâu dài đất gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sức khỏe người dân sống khu vực Một số nghiên cứu nước giới cho thấy chất da cam/dioxin nguyên nhân làm tăng khả mắc bệnh ung thư, dị thai, rối loạn nội tiết, suy gan, thận nhiều bệnh nghiêm trọng khác Trước tình hình nhiều hướng nghiên cứu để tìm giải pháp giảm thiểu tạm thời, cô lập xử lý vùng đất trầm tích nhiễm da cam/dioxin đưa Do việc nghiên cứu thiết lập phương pháp phân tích hàm lượng chất độc da cam phù hợp với điều kiện máy móc thiết bị hóa chất có đơn vị cần thiết nhằm khảo sát mức độ ô nhiễm chất độc da cam trước sau xử lý làm sở phục vụ cho đề tài nghiên cứu xử lý Vì mục tiêu đề tài xây dựng phương pháp xác định hàm lượng chất diệt cỏ đối tượng số mẫu đất lấy khu vực sân bay Biên Hòa trước đưa vào nghiên cứu xử lý phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao CHƢƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sự ô nhiễm chất da cam đất sân bay Biên Hòa Hậu chiến tranh da cam quân đội Mỹ để lại hôm nặng nề, thảm họa da cam chưa có lịch sử loài người Sân bay Biên Hòa điểm nóng ô nhiễm da cam/dioxin Việc nghiên cứu tìm giải pháp cô lập xử lý việc cấp bách, phủ Quân đội quan tâm Trong số chất độc hóa học mà Mỹ sử dụng chủ yếu chất da cam, xanh trắng Trong chất da cam sử dụng nhiều nhất, chiếm tới 64,40% số lượng [10] Chất da cam có thành phần phối trộn khoảng 50:50 phần trọng lượng n-butylic este 2,4D 2,4,5-T Trong trình sản xuất 2,4,5-T chất độc không mong muốn tạo thành 2,3,7,8-Tetraclodibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD) nguồn gốc tai họa chất da cam chất có chứa 2,4,5-T dẫn xuất gây nên Theo số liệu thống kê Young [15] có 74.175.920 lít chất diệt cỏ sử dụng, số liệu trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Số lƣợng ƣớc tính chất diệt cỏ đƣợc sử dụng Việt Nam Chất diệt cỏ Thành phần Số thùng Số lít Thời gian Xanh 2,4,5-T 365 75.920 1962 Hồng 2,4,5-T 1.315 273.520 1961-1963 Tím 2,4-D; 2,4,5-T 12.475 2.594.800 1962-1965 Xanh Cacodylic Acid 29.330 6.100.640 1966-1972 Trắng 2,4-D; Picloram 104.800 21.798.400 1966-1972 2,4-D; 2,4,5-T 208.330 43.332.640 1965-1970 356.615 74.175.920 Da cam Tổng số Năm 1971 Chính phủ Mỹ thực chiến dịch Pacer Ivy thu hồi vận chuyển toàn lượng chất phát quang chưa sử dụng tàng trữ sân bay quân Đà Nẵng, Biên Hòa, Phù Cát… Tuy nhiên trình thu gom xử lý nhiều cố sai sót kỹ thuật xảy làm lượng lớn chất diệt cỏ bị tràn, đổ xả phát tán vào môi trường gây ô nhiễm môi trường đất không TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải (2006), Giáo trình Hóa học Môi trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ban kĩ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 190 chất lượng đất (1996), TCVN 6134 :1996, Bộ Khoa học Công nghệ, Hà Nội Ban kĩ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 190 chất lượng đất (2009), TCVN 6134 :2009, Bộ Khoa học Công nghệ, Hà Nội Cục bảo vệ thực vật (2010), TCVN 8322 : 2010, Bộ Khoa học Công nghệ, Hà Nội Huỳnh Trung Hải (2011), Hướng dẫn xử lý kiểm soát số liệu quan trắc môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Hà Nội Vũ Quang Hiển (2015), Hậu chiến tranh Việt Nam, Đại học Khoa học xã hội nhân văn – Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hoá học phân tích- Phần : Các phương pháp phân tích công cụ,NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Phạm Ngọc Long (2005), Nghiên cứu khả phân hủy 2,4,5-T đặc điểm phân loại chủng vi khuẩn phân lập từ Bioreactor xử lý đất nhiễm chất diệt cỏ/dioxin, Luận văn thạc sỹ sinh học, Đại học sư phạm Thái Nguyên, Thái Nguyên Phạm Luận (2011), Tài liệu xử lý mẫu, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội 10 Lê Văn Nam, Lê Xuân Sinh (2015), “Phân tích dư lượng thuốc trừ cỏ (2,4,5-T) nước trầm tích biển”, Tạp chí độc học, số 29, trang 4-13 11 Nguyễn Xuân Nết (2009), Hiểu biết chất độc hóa học diễn biến chúng môi trường, Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga, Hà Nội 12 Trương Thị Tố Oanh (2015), “Khảo sát dư lượng thuốc bảo vệ thực vật gạo phương pháp LC-MS/MS với kĩ thuật chiết QuEChERS”, Tạp chí khoa học & ứng dụng, số 21, trang 29 – 35 13 Đoàn Văn Oánh (2013), Xác nhận giá trị sử dụng phương pháp, Trung tâm Quan trắc Môi trường – Tổng cục Môi trường, Hà Nội 14 Nguyễn Văn Ri (2013), Các phương pháp tách, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 15 Lê Thị Thu Trang (2007), Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích dư lượng hóa chất 2,4-D dược liệu sắc ký lỏng khối phổ, Luận văn tốt nghiệp dược sỹ đại học, Đại học Dược Hà Nội, Hà Nội 16 Văn phòng 33- Bộ tài nguyên môi trường (2011), Báo cáo tổng thể tình hình ô nhiễm dioxin điểm nóng sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng Phù Cát, Hà Nội 17 Viện Hóa học Môi trường Quân sự/Bộ Quốc phòng (2014), Báo cáo tổng hợp kết dự án Z9, Hà Nội 18 Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm Quốc Gia (2010), Thẩm định phương pháp phân tích hóa học vi sinh vật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh 19 In Suk Kim, Fassil I Sasinos, Robert D Stephens, Jeanny Wang, Mark A Brown (1991), “Determination of chlorinated phenoxy acid and ester herbicides in soil and water by liquid chromatography particle beam mass spectrometry and ultraviolet absorption spectrophotometry”, Anal Chem., 63 (8), pp 819–823 20 J Patsias, E.N Papadakis, E Papadopoulou-Mourkidou (2002), “Analysis of phenoxyalkanoic acid herbicides and their phenolic conversion products in soil by microwave assisted solvent extraction and subsequent analysis of extracts by on-line solid-phase extraction-liquid chromatography”, Journal of Chromatography A, 959, pp 153 – 161 21 Rana Jit Purkayastha (1974), “Simultaneous determination of 2,4- dichlorophenoxyacetic acid, 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid, and 2-methoxy-3,6dichlorobenzoic acid in soil and water by gas chromatography with electron capture detector”, J Agric Food Chem, 22 (3), pp 453–458 22 Sanjay M Kashyap, Girsh H Pandya, Vivek K Kondawar, Sanjay S Gabhane (2005), “Rapid Analysis of 2,4-D in Soil Samples by Modified Soxhlet Apparatus Using HPLC with UV Detection”, Journal of Chromatographic Science, 43, pp 81 – 86 23 Santilio, A., Stefanelli, P., Dommarco, R (2009), “Fast dertermination of phenoxy herbicides in carrots and apples using liquid chromatography couple triple quadrupole mass spectrometry”, Journal of Environmental Science and Health, Part B 44, p 584-590 24 Siltanen H, Rosenberg C (1978), “Analysis of 2,4-D and 2,4,5-T in lingonberries, wild mushrooms, birch and aspen foliage”, Bull Environ Contam Toxicol, 19(2), pp 177 - 182 25 Smith AE (1984), “Gas chromatographic method for analysis of 2,4-D in wheat: interlaboratory study”, J Assoc Off Anal Chem., 67(4), pp 794 - 798 26 University of Cape Town (2013), Determination of Chlorophenoxyacetic Acid and Other Acidic Herbicides Using a QuEChERS Sample Preparation Approach and LC-MS/MS Analysis, Cape Town, Republic of South Africa 27 US.EPA (1996), Method 3500B - Organic extraction and sampe preparation, US 28 US.EPA (1996), Method 3540C – Soxhlet extraction, US 29 US.EPA (1994), Method 3541 – Automated soxhlet extraction, US 30 US.EPA (2007), Method 3555A – solid-phase extraction, US 31 US.EPA (1994), Method 3600 –Cleanup, US 32 US.EPA (2007), Method 3620 – florisil cleanup, US 33 US.EPA (1996), Method 3630A – silicagel cleanup, US 34 US.EPA (1996), Method 8151A – Chlorinated herbicides by GC using methylation or pentafluorobenzylation derivatization, US 35 US.EPA (1996), Method 8321A - Solvent-extractable nonvolatile compounds by High performance liquid chromatography–thermospray-mass spectrometry (HPLCTS-MS) or ultraviolet (UV) detection, US